JP2002203391A - 半導体記憶装置及び分散ドライバの配置方法 - Google Patents

半導体記憶装置及び分散ドライバの配置方法

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JP2002203391A JP2000402078A JP2000402078A JP2002203391A JP 2002203391 A JP2002203391 A JP 2002203391A JP 2000402078 A JP2000402078 A JP 2000402078A JP 2000402078 A JP2000402078 A JP 2000402078A JP 2002203391 A JP2002203391 A JP 2002203391A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】シンクロナスDRAMをヴァーチャルチャネル
化する際に生じるチップサイズのオーバヘッドや回路素
子の配置問題、回路特性の悪化という問題点を解消する
半導体記憶装置を提供。 【解決手段】アレイ部及びチャネル領域をまたがってビ
ット線方向と平行に配線されセンスアンプの増幅信号を
チャネルバッファへ転送する複数の転送バス対111、転
送バス対と交互に配線されたセンスアンプ駆動回路用VI
NT配線113とGND配線112と、を備え、チャネル領域では
アレイ部のワード線方向に沿って配線されたVCC電源配
線115とGND配線114を備え、VCC電源配線の下に複数
のドライバ・トランジスタ120を備え、チャネル領域に
は、前記トランジスタの制御端子に接続されることでト
ランジスタを外部電源電圧(VCC)を出力するドライ
バとするか、内部降圧電源電圧(VINT)を出力する
ドライバとするかを決める第1、第2のドライバ制御信
号116、117を備え、2種類のドライバ制御信号116、117
を発生するVINT制御回路を周辺回路レイアウト領域に備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置に
関し、特に、クロック同期型の半導体記憶装置及びその
レイアウト設計・製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、従来の半導体記憶装置の構成の
一例を示す図であり、クロック同期型のシンクロナスD
RAM(SDRAM)の構成を示す図である。図7を参
照すると、半導体記憶装置700は、バンクAのアレイ
部710、712と、バンクBのアレイ部711、71
3と、その間の周辺回路レイアウト(Layout)領域71
4を備えている。
【0003】アレイ部は、メモリセルアレイ701と、
行(ROW)方向に各メモリセルに接続するワード線70
2を持つサブワードドライバ703と、列(column)方向
に各メモリセルに接続するビット線704を持つセンス
アンプ705とが、マトリックス状に配置されている。
【0004】マトリックス状に配置されたセンスアンプ
705は、図8(a)に示すように、センスアンプ駆動
回路を備えており、電源電圧としては、VINT駆動回
路2(802)から定常的に供給される内部降圧電源VI
NTと、ビット線方向に並ぶ周辺回路レイアウト(Layo
ut)領域に配置された複数の電源電圧切替回路(81
1、812、・・・、81n)を介して供給される内部
降圧電源VINTと外部電源VCCが接続されている。
内部降圧電源電圧VINTは、外部電源電圧VCCより
も低い。センスアンプ駆動回路に電源電圧を供給する電
源配線は、VINT駆動回路2(802)からの電源配
線と、電源電圧切替回路811〜81nからの電源配線
とが格子状に配線され、格子点で相互に接続されてい
る。
【0005】電源電圧切替回路(811、812、・・
・、81n)には、VINT制御回路1(801)とV
CCパッド(PAD)が接続されており、センスアンプ
駆動回路の電源電圧を内部降圧電源VINTと外部電源
VCCとに切替える。
【0006】よく知られているように、センスアンプに
よる読み出しデータ増幅の上限レベルは、センスアンプ
駆動回路の電源電位によって決定される。センスアンプ
駆動回路は、センスアンプの駆動を開始すると、電流消
費により、一旦電源電位が電位降下をおこし、増幅が完
了するにつれ、元の内部降圧電源VINTの電位に戻り
始める。この為、VINT電位に戻る時間が早いほど、
データ増幅が高速に行なえる。
【0007】そこで、電源電圧切替回路は、図8(b)の
波形で示すように、センスアンプによる読み出しデータ
増幅時に、センスアンプ駆動回路の電源電圧を外部電源
VCCに切替えることにより(図8(b)のB点波形参
照)、データ増幅時に、センスアンプのデータ増幅速度
の遅れを防ぎ、高速化を実現している。図8(b)の
A、B点波形は、図8(a)のVINT駆動回路2(8
02)の出力波形と、電源切替回路81nの出力波形で
あり、着目点波形は、センスアンプ駆動回路の電源電圧
である。着目点波形(図8(a)の着目を丸印で囲んだ
センスアンプ駆動回路の電源電圧波形)は、センスアン
プ駆動開始時、ノードBからの外部電源(VCC)によ
り電源レベルが持ち上がり、センスアンプのデータ増幅
速度の遅れを防いでいる。
【0008】図9は、図8の電源電圧切替回路に接続さ
れる信号に注目したマスクレイアウト構成図であり、特
開2000−149566号公報に開示されている回路
構成を、マスクレイアウトに置き換えたものである。図
9において、破線で囲んだブロック900が、図8
(a)の回路構成のレイアウトに対応している。
【0009】センスアンプで読み出した信号を一時的に
チャネルバッファに蓄積する構成のSDRAMであるヴ
ァーチャルチャネルメモリ(Virtual Channel Memor
y)は、市場要求から、従来のSDRAMに対して、同
等のコストで、また高いデータ転送が必要とされてい
る。このため、高いデータ転送を可能とする新アーキテ
クチャであるチャネル(Channel)領域を、異なるバン
ク(BANK)で挟まれた従来の周辺回路レイアウト領域に
配置する必要があり、またSDRAMと同等のコストに
抑えるために、SDRAMと同等のチップサイズとする
ことが要請されている。
【0010】ヴァーチャルチャネルメモリ(Virtual Ch
annel Memory)には、図10に示すようにビット線10
04方向と平行にセンスアンプ駆動回路に接続される内
部降圧電源VINT配線1006と、GND配線100
8、センスアンプ1005で増幅された信号をチャネル
(Channel)に転送する転送バス(Bus)対1007を持
ち、転送された信号を保持するチャネル(Channel)領
域1014をビット線方向に持っている。
【0011】ヴァーチャルチャネルメモリでは、従来の
周辺回路レイアウト領域であった1部がチャネル(Chan
nel)領域とされており、ヴァーチャルチャネルメモリ
のチャネル領域に配置されていた従来の周辺レイアウト
の素子は、全て、図10に示すような周辺回路レイアウ
ト領域1016(アレイ部1010、チャネル領域10
14、アレイ部1011の配列、アレイ部1012、チ
ャネル領域1015、アレイ部1013の配列の間の領
域)のみに配置するという変更が必要となる。このよう
に、周辺回路レイアウト領域の減少により、チップ・サ
イズのオーバーヘッドが大きな問題となった。
【0012】また、チャネル領域は、1層目の金属配線
層であるアルミ配線層(1AL)、1層目の金属配線層
であるアルミ配線層(2AL)共に、密に配線されてお
り、チャネル領域に、周辺回路を配置するには、配置・
配線構成の工夫が必要となった。
【0013】図7の周辺回路レイアウト領域714、図
10の周辺回路レイアウト領域1016に示したよう
に、従来、電源電圧切替回路を配置していた場所が、チ
ャネル領域となり、転送バス対等のアルミ配線の増加に
より、その配置が、困難となっている。これが第1の問
題点である。
【0014】そして、第2の問題点として、電源電圧切
替回路に入力される、外部電源VCC及び内部降圧電源
VINT2本の電源配線(電源配線は通常1本あたり2
0〜30umの配線幅を持っている)が配線される周辺回
路レイアウト領域が、全体に対して、例えば4mm2(6.4
%)と大きく減っている。
【0015】このため、ヴァーチャルチャネルメモリで
は、チップサイズを、相対的に、SDRAMレベルにす
る必要があり、チップサイズを縮小するための工夫が必
要とされている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決しようとする課題は、従来のシンクロナスDRAM
を、ヴァーチャルチャネル(Virtual Channel)化する
際に生じるチップ(CHIP)サイズのオーバヘッドを解消
し、チップサイズを縮小化する半導体記憶装置及びその
配置配線方法を提供することにある。
【0017】また本発明が解決しようとする課題は、チ
ップサイズを縮小化するともに、センスアンプによる読
み出しデータ増幅速度を向上し、さらにドライバに対す
る種類・サイズの変更を容易化する半導体記憶装置及び
その配置配線方法を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段を提供する本発明は、アレイ部が複数のセンスア
ンプ駆動回路をマトリクス状に備えた半導体記憶装置に
おいて、前記複数のセンスアンプ駆動回路に電源電圧を
供給する給電線に電源電圧を駆動出力するドライバを、
前記アレイ部に隣接するチャネル領域に、複数備え、前
記複数のドライバのうち出力電源電圧が外部電源電圧
(VCC)であるものと、内部降圧電源電圧(VIN
T)のものとが、所望の割合、及び順序にて、配置され
ており、センスアンプ駆動開始時に、前記複数のドライ
バを活性化することで、前記センスアンプ駆動回路に供
給する電源電圧が前記外部電源電圧側に持ち上げられ
る。
【0019】本発明は、チャネル領域の両端に異なるバ
ンクのアレイ部が設けられており、前記アレイ部とチャ
ネル領域のチップ内側には周辺レイアウト領域が設けら
れており、前記アレイ部及び前記チャネル領域をまたが
って前記アレイ部内のビット線方向と平行に配線され、
前記アレイ部内のセンスアンプの増幅信号をチャネルバ
ッファへ転送する複数の転送バス対と、前記アレイ部及
び前記チャネル領域をまたがって、前記転送バス対の間
に、交互に配線された、センスアンプ駆動回路用の内部
降圧電源(VINT)配線とグランド(GND)配線
と、を備え、前記チャネル領域内では、前記アレイ部の
ワード線方向に沿って配線され、ボンディング・パッド
にそれぞれ接続されている高位側電源配線(VCC)
と、低位側電源配線(GND)と、を備え、前記高位側
電源配線の下に複数配置され分散ドライバをなすトラン
ジスタを備え、さらに、前記チャネル領域には、前記ト
ランジスタの制御端子に接続されることで、前記トラン
ジスタを外部電源電圧(VCC)を出力するドライバと
するか、内部降圧電源電圧(VINT)を出力するドラ
イバとするかを決める第1、第2のドライバ制御信号を
備え、センスアンプ駆動開始時に、前記トランジスタの
制御端子を駆動する前記第1、第2のドライバ制御信号
を出力する制御回路(「VINT制御回路」という)
を、前記周辺回路レイアウト領域に備えている。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。本発明は、従来のシンクロナスDRAMを、ヴァ
ーチャルチャネル(Virtual Channel)化する際に生じ
るチップ(CHIP)サイズのオーバヘッドや回路素子の配
置問題、またそれらを、従来の設計手法で解決しようと
した場合に、生じる回路特性の悪化、それら全てを解決
するための構成(マスクパターン構造)を提供するもの
である。
【0021】ここで、チップサイズ縮減のために、従来
の設計手法を用いた場合について、本発明の比較例とし
て説明しておく。チップサイズ縮減のために、従来の設
計手法を用いた配線引き回し案が講じられる。図11
は、本発明の比較例として、上記した第1、2の問題点
を考慮した対策案を説明するための図である。図11を
参照すると、周辺回路レイアウト領域1116に駆動ド
ライバ1143を配置し、直接、電圧制御回路1142
で制御された電源電圧を、センスアンプ駆動回路112
1、1122まで配線するという、従来から知られてい
る配線の引き回しにより、回路接続を実現している。
【0022】この手法によれば、確かに、上記2つの問
題点は改善されるものの、電圧制御回路1142で制御
された電源電圧が、センスアンプ駆動回路1121、1
122に入力されるまでの配線の引き回しによる影響を
受け、センスアンプ駆動回路の応答遅延(応答速度の悪
化)を起こしてしまう。結果として、センスアンプによ
る読み出しデータの増幅速度が悪化する、という第3の
問題点が生じる。
【0023】本発明は、比較例で生じた第3の問題点で
あるデータの増幅速度が悪化を抑止し、回路特性の改善
を図るものである。
【0024】本発明は、センスアンプの増幅信号を蓄積
するチャネルバッファをチャネル領域に備え、ヴァーチ
ャルチャネル化したクロック同期型半導体記憶装置(図
10参照)に実施して好適とされる。本発明の一実施の
形態について、図1を参照して説明すると、チャネル領
域の両端に異なるバンクのアレイ部(101)を備え、
アレイ部(101)及びチャネル領域(102)をまた
がってビット線方向と平行に配線されセンスアンプの増
幅信号をチャネルバッファ(図示されない)へ転送する
複数の転送バス対(111)と、転送バス対(111)
間に、交互に配線された、センスアンプ駆動回路VIN
T配線(113)とGND配線(112)と、を備え、
チャネル領域(102)では、アレイ部(101)のワ
ード線方向に沿って配線され、ボンディング・パッドに
それぞれ接続されているVCC電源配線(115)とG
ND配線(114)を2層目の金属配線層に備え、VC
C電源配線115の長手方向に沿ってその下に分散ドラ
イバ(120)を複数備え、さらに、チャネル領域に
は、分散ドライバの制御端子に接続されることで、前記
トランジスタを外部電源電圧(VCC)を出力するドラ
イバとするか、内部降圧電源電圧(VINT)を出力す
るドライバとするかを決める第1、第2のドライバ制御
信号(116、117)を備え、センスアンプ駆動開始
時に、分散ドライバ(120)の制御端子を駆動する前
記第1、第2のドライバ制御信号(116、117)を
発生するVINT制御回路(図4(a)参照)を、周辺
回路レイアウト領域に備えている。
【0025】分散ドライバ(120)をなすトランジス
タのゲート上の第1、第2のコンタクトのいずれか選択
して、VCC用ドライバ制御信号、VINT用ドライバ
制御信号のうち1つのドライバ制御信号を選択して、ド
ライバの種類が、VCC用またはVINT用分散ドライ
バに決定される。
【0026】
【実施例】上記した本発明の実施の形態について、さら
に詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参
照して以下に説明する。図1は、本発明の一実施例の分
散ドライバの配置を説明するための図である。ヴァーチ
ャルチャネルメモリ(Virtual Channel Memory)のセ
ンスアンプ駆動回路用の内部降圧電源(VINT)回路
のマスクパターン構成において、アレイ部101のセン
スアンプの増幅信号を、チャネル領域102のチャネル
バッファへ転送する複数の転送バス対111(平衡型信
号伝送用差動のバス対)と、転送バス対11の間に交互
に配線される、センスアンプ駆動回路用電源VINT配
線113、GND配線112を備えてており、チャネル
領域102において、アレイ部のワード線方向に配線さ
れたVCC配線115(ボンディング・パッドに直接接
続されている外部VCC)及びGND配線114(ボン
ディング・パッドに直接接続されている外部GND)を
2層目の金属配線層(2AL)に備えており、VCC配
線115下に複数配置され、分散ドライバ120をなす
ドライバ・トランジスタと、ドライバ・トランジスタの
ゲートを駆動する2種類のドライバ制御信号116、1
17とを備えている。そして、2種類のドライバ制御信
号116、117を発生するVINT制御回路(図4の
401、なお、図1では図示されない)を、周辺回路レ
イアウト領域に備えている。
【0027】本発明の一実施例においては、2つの異な
るバンクのアレイ部に挟まれたチャネル(Channel)領
域において、アレイ部101境界付近にGND配線11
4を2AL(2層目の金属配線層をなすアルミ配線)で
配線し、GND配線114は、直接、アレイ部101の
センスアンプ駆動回路用GND配線112に接続され、
グランド電位を供給する。
【0028】本発明の一実施例においては、アレイ部1
01内センスアンプ駆動回路用電源配線のGND配線1
12の延長線上であるチャネル領域に、分散ドライバ1
20のソースコンタクト121を配置し、チャネル領域
において、2AL(2層目の金属配線層のアルミ配線)
で配線されたVCC配線115下に分散ドライバ120
(PチャネルMOSトランジスタ)を配置し、アレイ部
101内でGND配線領域に相当するスペースに、分散
ドライバ120のソースコンタクト121が配置され
る。
【0029】配置された分散ドライバ120は、2種類
のドライバ制御信号、すなわちVCC用ドライバ制御信
号116、VINT用ドライバ制御信号117を、分散
ドライバ120のゲート上の第1、第2コンタクト11
8、119のいずれかを選択して、接続する制御信号を
切替えることにより(第1、第2コンタクト118、1
19の一方を対応する制御信号に接続し他方はオープン
とする)、1つのドライバ制御信号を選択して、ドライ
バの種類を、VCC用またはVINT用分散ドライバに
決定する。上記のような、配置・接続関係により、本実
施例のマスクパターンは構成されている。
【0030】図2(a)は、図1の分散ドライバの配置
を斜めからみた場合を模式的に示した図であり、図2
(b)は、図1のX−X’線の基板断面(分散ドライバ
部分)を示した図である。図2(a)において、126
は縦構造(2AL位置)、127は縦構造(1AL位
置)、128は縦構造(フィールド位置)であり、図2
(a)のX1−X1’線が、図2(b)のX1−X1’
線に対応している。
【0031】図1、図2に示すように、ヴァーチャルチ
ャネルメモリのアレイ部101には、センスアンプの増
幅信号を、チャネルバッファに転送する転送バス(Bu
s)対111と、アレイ内のセンスアンプ駆動回路用電
源VINT113、GND配線112を2AL(2層目
の金属配線層のアルミ配線)で持ち、チャネル(Channe
l)領域102には、アレイ部101内の転送バス対と
コンタクト接続された1AL(1層目の金属配線層のア
ルミ配線)の転送バス対111’と、アレイ部101内
のセンスアンプ駆動回路用電源VINT配線にコンタク
ト接続された1ALのVINT配線113’と、アレイ
部内のセンスアンプ駆動回路用電源GND配線112と
直接2AL(図2(a)の125参照)で接続される2A
LのGND配線114と、センスアンプ駆動回路用電源
VINT113に供給する電源電圧を駆動出力するPチ
ャネルMOSトランジスタよりなるドライバ(「分散ド
ライバ」ともいう)120と、PチャネルMOSトラン
ジスタ120のソースコンタクトから電源を供給するV
CC配線115と、PチャネルMOSトランジスタのド
ライバ種類を決定する2ALの2本のドライバ制御信号
116、117を備えている。
【0032】図2(b)の断面図を参照すると、分散ド
ライバ120(PチャネルMOSトランジスタ)は、シ
リコン基板201のNウェル202内にドレイン(P+
拡散層)203、ソース204を備え、基板上にゲート
電極205(ゲートポリシリコン)を備え、ソース20
4はコンタクトホールで2ALのVCC配線に接続され
ており、ドレインは、1ALのVINT配線(図2
(a)の113’)に接続されている。
【0033】図3は、本発明の一実施例における分散ド
ライバの配置配線フロー(工程)を示す流れ図である。
図1乃至図3を参照して、本発明の一実施例の設計・製
造方法について説明する。
【0034】ステップ301:異なるバンク(BANK)の
アレイ部の間にチャネル(Channel)領域を隣接配置す
る(チャネル領域の両端に、アレイ部を隣接させて配置
しても良い)(図10参照)。
【0035】ステップ302:センスアンプで増幅され
た信号をチャネル(Channel)領域のチャネルバッファ
に転送するための配線である転送バス対を、ビット線方
向に、アレイ部及びチャネル(Channel)領域にまたが
って配線する(図10参照)。
【0036】ステップ303:転送バス対のシールド効
果を持つセンスアンプ駆動回路の電源VINT、GND
配線を、転送バス対間に対して、交互になるように、ビ
ット線方向にアレイ部及びチャネル(Channel)領域に
またがって配線する。図1に示す例では、転送バス対1
11、GND配線112、転送バス対111、VINT
113、転送バス対111と交互に接続されている。
【0037】ステップ304:チャネル領域(Channe
l)内の分散ドライバの120配置位置から近接するア
レイ部との間に、GND配線(2AL)114をワード
線方向に配線する(図1参照)。
【0038】ステップ305:ワード線方向に配線した
チャネル(Channel)領域のGND配線(2AL)11
4は、アレイ部内ビット線方向に配線したセンスアンプ
駆動回路電源GND配線112に直接接続されている
(図2(a)の125)。
【0039】ステップ306:チャネル領域(Channe
l)領域に配置する分散ドライバ120のソースコンタ
クト121は、アレイ部内でのGND配線112の延長
上に置き、ドレインコンタクトは、転送バス対を挟んで
両隣に配線されたVINT配線上に置き、分散ドライバ
120を配置する(図2(b)の203参照)。
【0040】ステップ307:分散ドライバ120は、
2種類のドライバ制御信号(VCC用ドライバ制御信号
116、VINT用ドライバ制御信号117)を、分散
ドライバ120のゲート上の第1、第2のコンタクト1
18、119を選択し接続する制御信号を切替えること
により(半導体記憶装置の製造時に決定される)、1つ
のドライバ制御信号を選択して、ドライバの種類を、V
CC用またはVINT用分散ドライバに決定する(図1
参照)。
【0041】上記したステップにより、分散ドライバの
配置構成が実現できる。分散ドライバ120のうちコン
タクト1(118)でVCC用ドライバ制御信号116
と接続されたドライバ120は、VCC用ドライバ制御
信号116がGND電位(Lowレベル)のとき(ゲー
ト電位がLowレベル)、オンし、そのドライバコンタ
クトから外部電源電圧VCCを出力する。コンタクト2
(119)でVINT用ドライバ制御信号117と接続
されたドライバ120は、VINT用ドライバ制御信号
117が活性化されたとき(VCC用ドライバ制御信号
116とは活性化時の電位が異なる)、導通し、オン抵
抗分電圧降下した電源電圧VINTを出力する。
【0042】図4は、2種類の各分散ドライバを交互に
配置したセンスアンプ駆動回路の構成を示す図である。
図5は、本発明の一実施例の分散ドライバによるセンス
アンプ駆動回路のマスクレイアウト構成を示す図であ
る。
【0043】図4、及び図5において、Aは、VINT
用分散ドライバ(図1のPチャネルMOSトランジスタ
120のドレインからVINT配線に内部降圧電源電圧
VINTが出力される)、BはVCC用分散ドライバ
(図1のPチャネルMOSトランジスタ120のドレイ
ンからVINT配線に外部電源電圧VCCが出力され
る)であり、2種類のドライバが交互(A、B、A、
B、…)に配置されている。分散ドライバの配置順は、
任意に変更可能である。例えばA、A、B、B…やA、
A、B、A、A、B、…のように配置順は任意に変更で
きる。
【0044】本発明の一実施例では、図8を参照して説
明した従来の回路における、電源電圧切替回路(センス
アンプ駆動開始時、センスアンプ駆動回路の電源電圧を
VINTから外部電源電圧VCCに切り替える回路)を
廃止し、電源配線の1本化によりチャネル(Channel)
領域を削減している。
【0045】また各ドライバを分散させ、チャネル(Ch
annel)領域の転送バス対ピッチに配置することで、チ
ャネル(Channel)領域の微小エリアに、分散させてド
ライバを埋め込み、チッサイズを縮小している。
【0046】図6は、本発明の一実施例における、分散
ドライバのサイズの決め方の例を示す図である。
【0047】チャネル領域の転送バス対ピッチより分散
ドライバの1つの最適サイズを決定する(ステップ60
1)。
【0048】1つの分散ドライバのサイズと全体に配置
できる台数から全体のドライバサイズを算出し(ステッ
プ602)、回路シミュレーションにより2種類の分散
ドライバの割合を決定する(ステップ603)。
【0049】回路変更により2種類の分散ドライバの割
合を変更する場合、ステップ307のように、コンタク
トの接続位置(図1の118、119)を変更して、ド
ライバの種類を変更する。すなわち、分散ドライバのゲ
ート信号をコンタクト1からコンタクト2、またはコン
タクト2からコンタクト1に切替え、VINT制御回路
から出力されるVCC用ドライバ制御信号、VINT用
ドライバ制御信号の1つと接続を切り替えることで、分
散ドライバの種類を変更する(ステップ605)。
【0050】また、同じく、回路変更により、ドライバ
サイズを変更する場合は、変更するドライバサイズを、
分散ドライバの台数(個数)で割った値で、各分散ドラ
イバのサイズを変更する(ステップ606、607)。
例えば分散ドライバ(図1の120)をなすPチャネル
MOSトランジスタのチャネル幅Wを変更する場合、図
1のゲート電極122の横方向の長さが変更される。
【0051】本発明の半導体記憶装置は、図10に示す
ように、メモリセルアレイ1001と行方向に各メモリ
セルに接続するワード線を持つサブワードドライバ10
03、列方向に各メモリセルに接続するビット線を持つ
センスアンプ1005、それらをマトリックス状に配置
したアレイ部1010と、異なるバンク(BANK)のアレ
イ部間にチャネル(Channel)領域1014を持ち、チ
ャネル(Channel)領域とアレイ部を繋ぐように転送バ
ス(Bus)対、VINT、GND配線を配線したヴァー
チャルチャネルメモリ(Virtual Channel Memory)に適
用される。
【0052】マトリックス状に配置されたセンスアンプ
には、図4に示すように、分散ドライバによるセンスア
ンプ駆動回路を持っており、電源電圧には、VINT駆
動回路2(402)により定常的に供給される内部降圧電
源VINTと、VINT制御回路(401)によって制御
されるVINT分散ドライバとVCC用分散ドライバ
(411、412、413、…、41n)からそれぞれ供
給されるセンスアンプ駆動回路電源配線が接続されてい
る。
【0053】センスアンプによる読み出しデータ増幅の
上限レベルは、センスアンプ駆動回路の電源電位によっ
て決定されるが、センスアンプ駆動回路はセンスアンプ
が駆動し始めると、電流消費により、一旦電源電位が電
位降下をおこし、増幅が完了するにつれ、元のVINT
電位に戻り始める。この為、VINT電位に戻る時間が
早いほどデータ増幅が高速に行える。
【0054】そこで、本発明の一実施例においては、V
INT制御回路1(401)は、図4(b)の波形で示すよ
うに、センスアンプ駆動開始時刻に合わせて、VCC用
分散ドライバの出力を活性化させる(VCC用ドライバ
制御信号116をLowレベルとする)ことにより(図
4(b)のD点波形)、データ増幅を高速化している。
【0055】また、この応答速度は、分散ドライバを、
アレイ部境界付近に配置したことにより、図4(b)に示
すように、従来案(図11に示した配線引き回し案)で
は、37.6ns(ナノ秒)掛かっていた時間が、3.5ns(約
1割)程度改善され、センスアンプ駆動時間の高速動作
(回路特性の向上)を可能にしている。
【0056】上記した本発明の一実施例の作用効果につ
いて説明する。
【0057】本発明の一実施例では、電源電圧切替回路
を廃止し、2種類のドライバを分散して配置し、VIN
T制御回路からのドライバ制御信号のみで同等の動作を
実現させることで、従来技術で問題とされた電源電圧切
替回路の配置問題を解決している。
【0058】本発明の一実施例では、電源電圧切替回路
を廃止し、電源配線を1本化によりチャネル(Channe
l)領域を削減し、また各ドライバを分散させ、チャネ
ル(Channel)領域の転送バス対ピッチに配置すること
で、チャネル(Channel)領域の微小エリアにドライバ
を埋め込み、チッサイズを縮小させることができた。
【0059】本発明の一実施例では、図11に示した比
較例の問題点であるセンスアンプによる読み出しデータ
増幅速度の悪化に対して、アレイ部境界付近に各ドライ
バを分散させて配置することで、配線遅延を減少させ、
従来37.6ns掛かっていたセンスアンプ増幅速度を3.5ns
程度の向上を期待できる。
【0060】本発明の一実施例では、各ドライバに入力
されるゲート信号上のコンタクト接続を切替、VINT
制御回路から出力された2種類のドライバ制御信号を1
つを選択することで、容易にドライバの種類を変更で
き、またドライバサイズ変更するとき、従来技術のドラ
イバに比べ、各分散ドライバの場合、各分散ドライバ個
々のサイズを微小変更するだけで対応できる為、回路変
更に対してレイアウト修正の影響が少なく迅速に対応で
きる。
【0061】本発明の一実施例では、内部降圧電源配線
VINTが転送バス対に並行して配線されているため、
転送バス対のカップル容量を受けVINTの補償容量を
削減できる。
【0062】比較例として、本発明を採用しない場合の
半導体記憶装置について、そのチップサイズは約61mm2
になるが、本発明により、電源配線を1本化することが
でき、約50um×6120um(配線幅×長さ)=約306000um2
(約0.306mm2)削減させることができる。
【0063】また従来、周辺回路レイアウト(Layout)
領域に配置していたドライバをチャネル(Channel)領
域の転送バス(Bus)対ピッチに埋め込むことで、約200
00um×1.5um(トランジスタWサイズ×トランジスタ幅)
=約30000um2(約0.03mm2)削減でき、合計0.336mm
2(0.5%)縮小できる。
【0064】これを有効ペレット数(8インチウエハー
あたり取れるペレット数)で比較すると、従来SDRA
Mでは、447個、本発明を採用しないヴァーチャルチャ
ネルメモリ(Virtual Channel Memory)では431個とな
るが、本発明によりチップサイズを縮小することで、有
効ペレット数を435個取ることができ、月間1万枚8イ
ンチウエハーを投入した場合、本発明を採用しない場合
に比べ、4万個の増産が見込まれる。
【0065】本発明の一実施例は、チップサイズの縮小
・センスアンプによる読み出しデータ増幅速度の向上、
そしてドライバに対する種類・サイズの変更を容易にで
きる、VINTの補償容量の削減という効果を奏しなが
ら、従来案と同等の動作を実現できる。
【0066】なお、2種類の各分散ドライバ(VINT
用分散ドライバA、VCC用分散ドライバB)を交互
(A,B,A,B,…)に配置したが、A,Bの個数の
割合、分散ドライバの配置順は、例えばA,A,B,B
…やA,A,B,A,A,B…等のように、製造時に任
意に変更できる。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電源電圧切替回路を廃止し、電源配線を1本化により、
チャネル領域を削減し、また各ドライバを分散させて、
チャネル領域のに配置することで、チップサイズを縮小
するという効果を奏する。
【0068】また本発明によれば、アレイ部境界付近に
各ドライバを分散させて配置することで、配線遅延を減
少させ、センスアンプによる読み出しデータ増幅速度の
向上する、という効果を奏する。
【0069】さらに本発明によれば、、各ドライバに入
力されるゲート信号上のコンタクト接続を切替、VIN
T制御回路から出力された2種類のドライバ制御信号を
1つを選択することで、ドライバに対する種類・サイズ
の変更の容易化する、という効果を奏する。
【0070】そして、本発明によれば、VINTが転送
バスに並行して配線されているため、VINTの補償容
量を削減できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の分散ドライバの配置を示す
図である。
【図2】(a)は図1の分散ドライバの配置を斜めから
みた模式図である、(b)は図1のX−X’線の断面図
である。
【図3】本発明の一実施例の分散ドライバの配置フロー
を示す図である。
【図4】(a)は、本発明の一実施例の分散ドライバに
よるセンスアンプ駆動回路の構成を示す図であり、
(b)は信号波形図である。
【図5】本発明の一実施例の分散ドライバによるセンス
アンプ駆動回路のマスクレイアウト構成を示す図であ
る。
【図6】本発明の一実施例のドライバサイズの決定のフ
ローを示す流れ図である。
【図7】従来のSDRAMの全体構成を示す図である。
【図8】電源電圧切替回路によるセンスアンプ駆動回路
の構成を示す図である。
【図9】電源電圧切替回路によるセンスアンプ駆動回路
のマスクレイアウト構成を示す図である。
【図10】従来のヴァーチャルチャネルメモリの全体構
成を示す図である。
【図11】配線引き回し案によるマスクレイアウト構成
を示す図である。
【符号の説明】
111 転送バス対 112 GND配線 113 VINT配線 114 GND配線(2AL) 115 VCC配線(2AL) 116 VCCドライバ制御信号 117 VINTドライバ制御信号 118 コンタクト1 119 コンタクト2 120 分散ドライバ 121 ソースコンタクト 122 ゲート 125 接続点 126 縦構造(2AL位置) 127 縦構造(1AL位置) 128 縦構造(フィールド位置) 201 シリコン基板 202 Nウエル 203 ドレイン 204 ソース 205 ゲート電極(ゲートポリシコン) 211、212 絶縁膜 213 コンタクトホール(ソースコンタクト) 214 コンタクトホール 221 2AL 222 2AL 401 VINT制御回路 402 VINT駆動回路2 411〜41n ドライバ 421、422 センスアンプ駆動回路 431、432 センスアンプ 440 バンク電圧制御回路 450 VCCパッド 700 半導体記憶装置 701 メモリセルアレイ 702 ワード線 703 サブワードドライバ 704 ビット線 705 センスアンプ 710〜713 アレイ部 714 周辺回路レイアウト領域 801 VINT駆動回路1 802 VINT駆動回路2 811〜81n 電源電圧切替回路 821、822 センスアンプ駆動回路 831、832 センスアンプ 840 VINT駆動制御回路 841 バンク制御回路 842 電圧制御回路 843 駆動ドライバ 1001 メモリセルアレイ 1002 ワード線 1003 サブワードドライバ 1004 ビット線 1005 センスアンプ 1010〜1013 アレイ部 1014、1015 チャネル領域 1016 周辺回路レイアウト領域 1121、1122 センスアンプ駆動回路 1131、1132 センスアンプ 1142 電圧制御回路 1143 駆動ドライバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松木 和彦 神奈川県川崎市中原区小杉町一丁目403番 53 日本電気アイシーマイコンシステム株 式会社内 Fターム(参考) 5B024 AA07 AA11 AA15 BA09 BA29 CA07 CA21 CA27 5F083 AD00 GA09 KA03 LA17 LA29

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アレイ部がマトリクス状に配置された複数
    のセンスアンプ駆動回路を備えた半導体記憶装置におい
    て、 前記複数のセンスアンプ駆動回路への給電線に接続され
    電源電圧を駆動出力するドライバを、前記アレイ部に隣
    接するチャネル領域に、複数備え、 前記複数のドライバのうち出力電源電圧が外部電源電圧
    (VCC)であるものと、内部降圧電源電圧(VIN
    T)のものとが、所望の割合、及び順序にて、配置され
    ており、 センスアンプ駆動開始時に、前記複数のドライバを活性
    化することで、前記センスアンプ駆動回路に供給する電
    源電圧が前記外部電源電圧側に持ち上げられる、ことを
    特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】前記ドライバ回路のトランジスタの制御端
    子を駆動する第1、第2のドライバ制御信号を発生する
    制御回路(「VINT制御回路」という)を備えてお
    り、 前記ドライバを外部電源電圧(VCC)を出力するドラ
    イバとするか、内部降圧電源電圧(VINT)を出力す
    るドライバとするかが、前記第1、第2のドライバ制御
    信号と、前記ドライバの制御端子とのコンタクト接続を
    選択することで決定される、ことを特徴とする請求項1
    記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】前記複数のセンスアンプ駆動回路には、定
    常的に、内部降圧電源を供給する駆動回路からの電源電
    圧と、前記ドライバ回路からの給電線からの電源電圧が
    供給される、ことを特徴とする請求項1又は2記載の半
    導体記憶装置。
  4. 【請求項4】チャネル領域の両端に異なるバンクのアレ
    イ部が設けられており、 前記アレイ部とチャネル領域のチップ内側には周辺回路
    レイアウト領域が設けられており、 前記アレイ部及び前記チャネル領域をまたがって前記ア
    レイ部内のビット線方向(「第1の方向」という)と平
    行に配線され、前記アレイ部内のセンスアンプの増幅信
    号を前記チャネル領域のチャネルバッファへ転送する複
    数の転送バスと、 前記アレイ部及び前記チャネル領域をまたがって、前記
    転送バスの間に、交互に配線された、センスアンプ駆動
    回路用電源(VINT)配線とセンスアンプ駆動回路用
    グランド(GND)配線と、を備え、 前記チャネル領域には、前記アレイ部のワード線と並行
    な方向(前記第1の方向と直交する方向であり、「第2
    の方向」という)に沿って配線され、ボンディング・パ
    ッドにそれぞれ接続されている外部電源(VCC)配線
    と、グランド(GND)配線とを備えるとともに、前記
    外部電源(VCC)配線の下に配置され、前記センスア
    ンプ駆動回路用電源(VINT)配線を駆動するドライ
    バをなすトランジスタを複数備え、 さらに、前記チャネル領域には、前記トランジスタの制
    御端子に接続されることで、前記トランジスタを外部電
    源電圧(VCC)を出力するドライバとするか、内部降
    圧電源電圧(VINT)を出力するドライバとするかを
    決める第1、第2のドライバ制御信号を備え、 センスアンプ駆動開始時に、前記トランジスタの制御端
    子を駆動する前記第1、第2のドライバ制御信号を出力
    する制御回路(「VINT制御回路」という)を、前記
    周辺回路レイアウト領域に備えている、ことを特徴とす
    る半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】前記ドライバをなすトランジスタの制御電
    極が接続される第1、第2のコンタクトのいずれかを選
    択して、前記第1又は第2のドライバ制御信号を、前記
    トランジスタの制御電極に接続することで、前記ドライ
    バの種類が、外部電源電圧(VCC)用または内部降圧
    電源電圧(VINT)用のドライバのいずれかに決定さ
    れる、ことを特徴とする請求項4記載の半導体記憶装
    置。
  6. 【請求項6】前記チャネル領域には、前記アレイ部内の
    転送バスとコンタクト接続された1層目の金属配線層の
    転送バスと、 前記アレイ部内のセンスアンプ駆動回路用電源(VIN
    T)配線にコンタクト接続された1層目の金属配線層の
    VINT配線と、 前記アレイ部内のセンスアンプ駆動回路用グランド(G
    ND)配線と直接2層目の金属配線層で接続されてい
    る、2層目の金属配線層のグランド(GND)配線と、 前記センスアンプ駆動回路用電源(VINT)配線に出
    力が接続されているトランジスタよりなる前記ドライバ
    の電源端子に接続される2層目の金属配線層の外部電源
    (VCC)配線と、を備え、 前記第1、第2のドライバ制御信号を2層目の金属配線
    層に備えている、ことを特徴とする請求項4記載の半導
    体記憶装置。
  7. 【請求項7】前記アレイ部内のセンスアンプ駆動回路用
    電源配線のグランド(GND)配線の仮想延長線上であ
    る前記チャネル領域に、前記ドライバの電源端子のコン
    タクトを配置し、2層目の金属配線層で配線された前記
    VCC配線下にドライバを配置し、前記アレイ部内でグ
    ランド(GND)配線領域に相当するスペースに前記ド
    ライバの電源端子のコンタクトが配置されている、こと
    を特徴とする請求項4記載の半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】前記チャネル領域内の前記アレイ部境界付
    近に、前記外部電源(VCC)配線の下に、前記ドライ
    バが、前記第2の方向に沿って複数個並設されている、
    ことを特徴とする請求項4記載の半導体記憶装置。
  9. 【請求項9】前記複数のドライバのうち、出力電源電圧
    が外部電源電圧(VCC)であるものと、内部降圧電源
    電圧(VINT)のものとが所望の割合及び順序の組み
    合わせで組み合わせ及び順番で配置されている、ことを
    特徴とする請求項4記載の半導体記憶装置。
  10. 【請求項10】前記ドライバをなすトランジスタがPチ
    ャネルMOSトランジスタである、ことを特徴とする請
    求項4乃至9のいずれか一に記載の半導体記憶装置。
  11. 【請求項11】前記チャネル領域において、2層目の金
    属配線層にグランド(GND)配線、外部電源(VC
    C)配線、前記第1、第2のドライバ制御信号の順で並
    置されている、ことを特徴とする請求項4記載の半導体
    記憶装置。
  12. 【請求項12】前記複数のドライバが、前記チャネル領
    域の転送バスのピッチにそれぞれ分散して配置されてい
    る、ことを特徴とする請求項4記載の半導体記憶装置。
  13. 【請求項13】前記センスアンプ駆動回路には、前記ド
    ライバによって駆動される前記センスアンプ駆動回路用
    電源(VINT)配線が接続されるとともに、定常的に
    内部降圧電源(VINT)電圧を供給する駆動回路か
    ら、内部降圧電源(VINT)電圧が供給される、こと
    を特徴とする請求項4記載の半導体記憶装置。
  14. 【請求項14】センスアンプで増幅された信号を蓄積す
    るチャネルバッファを備えた半導体記憶装置の配置配線
    方法において、 異なるバンクのアレイ部の間にチャネル領域を隣接して
    配置する工程と、 センスアンプで増幅された信号をチャネル領域のチャネ
    ルバッファに転送するための配線である転送バスを、ビ
    ット線方向に、前記アレイ部及び前記チャネル領域にま
    たがって配線する工程と、 センスアンプ駆動回路用の電源(VINT)配線、グラ
    ンド(GND)配線を、転送バス間に対して、交互に、
    ビット線方向に、前記アレイ部及びチャネル領域にまた
    がって配線する工程と、 前記チャネル領域内に設けられる分散ドライバの配置位
    置から近接するアレイ部との間に、2層目の金属配線層
    に、グランド(GND)配線を、前記アレイ部内のワー
    ド線方向と平行な方向に配線する工程と、 ワード線方向に配線した前記チャネル領域のGND配線
    は、前記アレイ部内ビット線方向に配線したセンスアン
    プ駆動回路用のGND配線に直接接続され、 前記チャネル領域領域に配置される分散ドライバの電源
    端子をなすソースコンタクトは、前記アレイ部内でのG
    ND配線の延長上に置き、前記分散ドライバの出力端子
    をなすドレインコンタクトは、転送バスを挟んで両隣に
    配線された、VINT配線上に置いて、前記分散ドライ
    バを配置する工程と、 前記分散ドライバは、2種類のドライバ制御信号を、前
    記分散ドライバのゲート上の第1、第2のコンタクトを
    選択し接続する制御信号を切替えることにより、ドライ
    バの種類を、外部電源(VCC)用または内部降圧電源
    (VINT)用のドライバに決定する工程と、 を含む、ことを特徴とする半導体記憶装置の分散ドライ
    バの配置方法。
  15. 【請求項15】前記チャネル領域内の前記アレイ部境界
    付近に、前記分散ドライバが、複数個並設されている、
    ことを特徴とする請求項14記載の半導体記憶装置の分
    散ドライバの配置方法。
  16. 【請求項16】前記複数の分散ドライバのうち、出力電
    源電圧が外部電源電圧(VCC)であるものと、内部降
    圧電源電圧(VINT)のものとが所望の割合及び順序
    の組み合わせで組み合わせ及び順番で配置されている、
    ことを特徴とする請求項14記載の半導体記憶装置の分
    散ドライバの配置方法。
  17. 【請求項17】チャネル領域の転送バスのピッチより前
    記分散ドライバの一つの最適サイズを決定する工程と、 一の分散ドライバのサイズと全体に配置できる台数から
    全体のドライバサイズを算出する工程と、 回路シミュレーションにより、外部電源電圧(VCC)
    と、内部降圧電源電圧(VINT)の2種類の分散ドラ
    イバの割合を決定する工程と、 分散ドライバの割合を変更する場合、前記分散ドライバ
    のゲート上のコンタクト接続を、第1のコンタクトから
    第2のコンタクト、または、第2のコンタクトから第1
    のコンタクトに切替え、2種類のドライバ制御信号の一
    つとの接続を切替えることで、分散ドライバの種類を変
    更する工程と、 を含む、ことを特徴とする請求項14記載の半導体記憶
    装置の分散ドライバの配置方法。
  18. 【請求項18】全体のドライバのサイズを大きくする場
    合、変更サイズを分散ドライバの個数で割った値を分散
    ドライバサイズの変更量とする工程を含む、ことを特徴
    とする請求項17記載の半導体記憶装置の分散ドライバ
    の配置方法。
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US7091768B2 (en) 2003-12-05 2006-08-15 Hynix Semiconductor Inc. Circuit for controlling internal supply voltage driver
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